应用于仓储中温湿度记录仪的系统软硬件设计
来源： http://www.grainyq.com/ 类别：实用技术 更新时间：2013-02-19 阅读次
【本资讯由中国粮油仪器网提供】 在仓储、食品加工等行业经常需要对环境温度与湿度进行测量及控制，而传统的基于现场总线的温湿度监控系统存在布线复杂和传输距离受限的问题，这些问题都不利于对分散的温湿度监控地点进行统一的温湿度管理。而在通信领域，随着无线通信网络技术（WSN）及传感器技术的发展，使得研制低成本的无线温湿度监测网络成为现实。通过无线通信方式形成一个采集、处理传输网络覆盖区域内的环境温湿度信息，并报告给用户，形成一个无线温湿度监测平台。该平台采用NRF9E5为无线收发及控制核心，结合温湿度传感器DHT21实现。本系统便于安装，具有较好的实用价值。
温湿度记录仪由温湿度监测点和汇聚点组成。温湿度监测点的作用是检测温湿度，并将温湿度数据发送给汇聚点。它由NRF9E5、传感器模块、存储模块构成。汇聚点的作用是接收监测点的温湿度数据，并将数据通过RS232串行接口传送到PC。它由NRF9E5、存储模块、MAX3232构成。射频传输芯片NRF9E5是一款内嵌8051的无线传输芯片。它的主要指标：内置NRF905收发器，传输频率可调（433／868／915MHZ）；输出功率为－20～10DBM，可通过软件编程控制其传输输出功率；具有载波监听功能，具有自动地址检测匹配功能；低电压工作方式，电源供电范围为1.9～3.6V，具有内部电源管理器；封装为32PIN QFN 5×5MM。与通用80C51不同，NRF9E5内嵌处理器的存储单元比较特殊，它是由一块与80C52兼容的256ｂRAM和512bROM及一个4K的RAM组成。512ｂ的ROM中包含一个初始装载程序，当系统上电或程序复位时，这个初始装载程序将引导系统通过SPI接口将用户编写的放在一块外部串行EEPROM程序存储器中的程序调入内部4K的RAM中，然后系统根据调入RAM中的程序运行。
温湿度传感器温湿度传感器采用的是DHT21。DHT21是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。传感器包括一个NTC测温元件和一个电容式感湿元件，并与一个高性能8位单片机相连接。DHT21采用单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20M以上。传感器供电范围为3.3～5V。传感器为4针单排引 脚封装，其 管脚 分 别 为：VDD、DATA、ＧND、NC。温湿光三参数记录仪的硬件电路温湿度监测点电路。该电路使用NRF9E5芯片，外接DHT21温湿度传感器、25AA320E2PROM用户程序存储器。NRF9E5电路采用单端连接50Ω天线通过使用差分单端匹配网络。NRF9E5的P00接发光二极管1ED经1KΩ上拉电阻接＋3.3V电源，1ED用于表示发送状态，每发送1ｂ数据1ED点亮20MS；NRF9E5的P0７经1KΩ上拉电阻接DHT21的DATA，用于读取温湿度数据。NRF9E5的MOSI、MISO、SCK、EECSN分别接至25AA320的SI、SO、SCK、CS。25AA320为32K－ｂ E2PROM程序存储器，用于存储用户编写的程序。25AA320的（HO1D）脚为输入保持线，经10KΩ电阻接到＋3.3V电源，25AA320的（ＷP）脚为状态寄存器写保护，经100KΩ电阻接地。当NRF9E5系统上电或程序复位时，初始装载程序将引导系统通过SPI接口将25AA320E2PROM中用户程序调入内部4K的RAM中，然后系统根据调入到RAM中的程序运行。
汇聚点电路。该电路同样使用NRF9E5芯片，与温度照度记录仪的测点电路不同点在于：去掉外接DHT21温湿度传感器，增 加MAX3232串口电路，电源采用AMS11７。MAX3232供电范围为2.5～5.5V，其作用用于将汇聚点接收的温湿度数据通过串口通信传送到电脑上位机进行处理。AMS11７其作用用于将外部直流输入4.8～6.5V转化为3.3V给系统供电。温度照度记录仪的软件设计系统上电后主程序首先完成对系统的初始化，然后点亮1ED 10MS表示系统初始化完成，接着读取DHT21温湿度数据，完成校验后，程序通过TX＿EN置高电平激活NRF905进行发送，直至一帧数据发送完毕。其中RAC－SN＝0使能SPI口，然后SPI口将接收节点的地址写入NRF905，接着将有效数据写入NRF905，然后设置TX＿EN置高电，延时1MS左右待1ｂ数据发送完毕TRX＿CE拉低结束发送。温湿度监测点程序流程。
汇聚点软件设计系统上电后主程序首先完成对系统的初始化，同样用1ED点亮10MS表示系统初始化完成，接着通过TRX＿CE置高，TX＿EN置低电平激活NRF905进行接收，当NRF905接收到有效数据包（CRC校验正确时），NRF905去掉前导码、地址、CRC位，数据准备就绪DR被置高电平，然后RACSN置低使能SPI口，MCU通过SPI口读出数据，然后设置RACSN置高，TRX＿CE置低电平，并将接收到数据通过串行接口发送至上位机进行处理。汇聚点程序流程。上位机软件设计仓储温湿度记录仪上位机软件是在VB6.0中文版环境下设计调试完成的。汇聚点收到的温湿度数据，实时地通过串口传送给PC。PC响应ONCOMM事件，并在事件的处理程序中将数据处理后送VＢ的MSF1EXGRID控件显示，同时保存在设定的文件中。
本系统主要对通信的成功率做了测试。测试时间2012年6月22日，测试地点陕西理工学院实验室，系统开机后，上位机软件在50M范围内均能正确接收到来自温湿度监测点发来的温湿度数据。测量温湿度数据表明该系统运行正常，NODE001、NODE002分别为温湿度监测点1、2的测量数据。实验结果表明该系统运行稳定，满足仓储等行业无线温湿度监测的需要。
温湿度记录仪由温湿度监测点和汇聚点组成。温湿度监测点的作用是检测温湿度，并将温湿度数据发送给汇聚点。它由NRF9E5、传感器模块、存储模块构成。汇聚点的作用是接收监测点的温湿度数据，并将数据通过RS232串行接口传送到PC。它由NRF9E5、存储模块、MAX3232构成。射频传输芯片NRF9E5是一款内嵌8051的无线传输芯片。它的主要指标：内置NRF905收发器，传输频率可调（433／868／915MHZ）；输出功率为－20～10DBM，可通过软件编程控制其传输输出功率；具有载波监听功能，具有自动地址检测匹配功能；低电压工作方式，电源供电范围为1.9～3.6V，具有内部电源管理器；封装为32PIN QFN 5×5MM。与通用80C51不同，NRF9E5内嵌处理器的存储单元比较特殊，它是由一块与80C52兼容的256ｂRAM和512bROM及一个4K的RAM组成。512ｂ的ROM中包含一个初始装载程序，当系统上电或程序复位时，这个初始装载程序将引导系统通过SPI接口将用户编写的放在一块外部串行EEPROM程序存储器中的程序调入内部4K的RAM中，然后系统根据调入RAM中的程序运行。
温湿度传感器温湿度传感器采用的是DHT21。DHT21是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。传感器包括一个NTC测温元件和一个电容式感湿元件，并与一个高性能8位单片机相连接。DHT21采用单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20M以上。传感器供电范围为3.3～5V。传感器为4针单排引 脚封装，其 管脚 分 别 为：VDD、DATA、ＧND、NC。温湿光三参数记录仪的硬件电路温湿度监测点电路。该电路使用NRF9E5芯片，外接DHT21温湿度传感器、25AA320E2PROM用户程序存储器。NRF9E5电路采用单端连接50Ω天线通过使用差分单端匹配网络。NRF9E5的P00接发光二极管1ED经1KΩ上拉电阻接＋3.3V电源，1ED用于表示发送状态，每发送1ｂ数据1ED点亮20MS；NRF9E5的P0７经1KΩ上拉电阻接DHT21的DATA，用于读取温湿度数据。NRF9E5的MOSI、MISO、SCK、EECSN分别接至25AA320的SI、SO、SCK、CS。25AA320为32K－ｂ E2PROM程序存储器，用于存储用户编写的程序。25AA320的（HO1D）脚为输入保持线，经10KΩ电阻接到＋3.3V电源，25AA320的（ＷP）脚为状态寄存器写保护，经100KΩ电阻接地。当NRF9E5系统上电或程序复位时，初始装载程序将引导系统通过SPI接口将25AA320E2PROM中用户程序调入内部4K的RAM中，然后系统根据调入到RAM中的程序运行。
汇聚点电路。该电路同样使用NRF9E5芯片，与温度照度记录仪的测点电路不同点在于：去掉外接DHT21温湿度传感器，增 加MAX3232串口电路，电源采用AMS11７。MAX3232供电范围为2.5～5.5V，其作用用于将汇聚点接收的温湿度数据通过串口通信传送到电脑上位机进行处理。AMS11７其作用用于将外部直流输入4.8～6.5V转化为3.3V给系统供电。温度照度记录仪的软件设计系统上电后主程序首先完成对系统的初始化，然后点亮1ED 10MS表示系统初始化完成，接着读取DHT21温湿度数据，完成校验后，程序通过TX＿EN置高电平激活NRF905进行发送，直至一帧数据发送完毕。其中RAC－SN＝0使能SPI口，然后SPI口将接收节点的地址写入NRF905，接着将有效数据写入NRF905，然后设置TX＿EN置高电，延时1MS左右待1ｂ数据发送完毕TRX＿CE拉低结束发送。温湿度监测点程序流程。
汇聚点软件设计系统上电后主程序首先完成对系统的初始化，同样用1ED点亮10MS表示系统初始化完成，接着通过TRX＿CE置高，TX＿EN置低电平激活NRF905进行接收，当NRF905接收到有效数据包（CRC校验正确时），NRF905去掉前导码、地址、CRC位，数据准备就绪DR被置高电平，然后RACSN置低使能SPI口，MCU通过SPI口读出数据，然后设置RACSN置高，TRX＿CE置低电平，并将接收到数据通过串行接口发送至上位机进行处理。汇聚点程序流程。上位机软件设计仓储温湿度记录仪上位机软件是在VB6.0中文版环境下设计调试完成的。汇聚点收到的温湿度数据，实时地通过串口传送给PC。PC响应ONCOMM事件，并在事件的处理程序中将数据处理后送VＢ的MSF1EXGRID控件显示，同时保存在设定的文件中。
本系统主要对通信的成功率做了测试。测试时间2012年6月22日，测试地点陕西理工学院实验室，系统开机后，上位机软件在50M范围内均能正确接收到来自温湿度监测点发来的温湿度数据。测量温湿度数据表明该系统运行正常，NODE001、NODE002分别为温湿度监测点1、2的测量数据。实验结果表明该系统运行稳定，满足仓储等行业无线温湿度监测的需要。
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